雙電源聯(lián)合供電技術(shù)研究

杜光遠(yuǎn)

（北京機(jī)電工程研究所，北京100074）

在飛行器研制過程中，越來越多的場合需要兩種電源甚至兩種以上電源同時為一個負(fù)載供電，以提高電源系統(tǒng)可靠性和供電效率。雙電源供電的方式一般有兩種：一種是冷備份，就是在一套電源欠壓、過壓及失電時，將其所帶負(fù)載無縫切換到另一套電源裝置，以保證直流電源安全可靠地不間斷運(yùn)行[1]；另一種為熱備份，即兩個電源一開始就同時與負(fù)載直接連接，負(fù)載接通后沒有中間的切換過程。在以飛機(jī)為載體的飛行器上，應(yīng)采取措施，使供電系統(tǒng)的電源品質(zhì)優(yōu)于GJB181A《飛機(jī)供電特性》要求。用飛行器上的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電源與鋅銀電池并聯(lián)組成飛行器電源母線[2]為負(fù)載供電，不但可以提高供電的可靠性，還可以利用不同電源的特性應(yīng)對負(fù)載變化情況，提高電源供電品質(zhì)。

1 雙電源聯(lián)合供電原理

雙電源供電原理如圖1所示。圖中E1為直流穩(wěn)壓電源，E2為直流穩(wěn)壓電源或電池，R為負(fù)載電阻，A1、A2為電流表，V1、V2為電壓表。

圖1為兩個電源同時為一個負(fù)載供電的電路原理圖。根據(jù)克希荷夫定律，流過負(fù)載的電流為兩個電源輸出電流之和，即I3=I1+I2。至于哪個電源輸出的電流多，哪個電源輸出的電流少，與電源的電壓高低和等效內(nèi)阻有關(guān)。

圖1 雙電源聯(lián)合供電原理圖

2 兩個直流電源同時為一個負(fù)載供電

選用一個開關(guān)直流電源和一個線性電源進(jìn)行實驗，其中直流電源額定負(fù)載電流5 A，線性電源額定負(fù)載電流20 A。

實驗大致過程如下：將兩個穩(wěn)壓電源輸出端并聯(lián)在一起，分別通過限流電阻對一個模擬負(fù)載同時供電。分別調(diào)整兩個電源的輸出電壓和限流電阻（相當(dāng)于電源內(nèi)阻），監(jiān)測兩個電源的電流輸出，確定哪個電源工作、哪個不工作以及互相之間有什么影響。

通過分析實驗數(shù)據(jù)可得出如下結(jié)論：

（1）電源電流輸出能力調(diào)到最大（內(nèi)阻最?。r，空載輸出電壓和帶載輸出電壓差別最??；

（2）電源限流輸出時（內(nèi)阻加大），空載輸出電壓和帶載輸出電壓相差較大；

（3）當(dāng)一個電源的空載輸出電壓比另一個電源的帶載電壓大，比空載電壓小時，兩電源同時供電；哪個電源電壓高、內(nèi)阻小，其供電電流就大，反之就??；

（4）當(dāng)一個電源的空載輸出電壓比另一個電源帶載電壓小，則該電源電流輸出為零，電流全部由另一路電源提供。

3 鋅銀電池與發(fā)電機(jī)直流電源聯(lián)合供電

選用電池（化學(xué)能）與發(fā)電機(jī)直流電源（機(jī)械能）進(jìn)行聯(lián)合供電實驗。其中電池為化學(xué)加熱鋅銀儲備電池；直流電源為飛行器發(fā)電機(jī)電源，主要由交流25 V發(fā)電機(jī)組、電源變換器和電壓調(diào)控裝置組成；負(fù)載為純阻性負(fù)載。實驗時把發(fā)電機(jī)電源電壓設(shè)置為比電池電壓略高。先激活鋅銀電池，由電池單獨為負(fù)載供電，52 s后啟動發(fā)電機(jī)，這時電池與發(fā)電機(jī)同時為負(fù)載供電，以后每隔30 s變換一次負(fù)載大小，考核負(fù)載變化過程中供電電壓和電流的變化特性。

實驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓為29.5 V，總電流30 A時，電池輸出電流約3 A；總電流90 A時，電池輸出電流約7 A；總電流從30A突變到90A時，電池電流最大值約40 A。

若發(fā)電機(jī)電壓為29.3 V，總電流30 A時，電池輸出電流約7 A；總電流90 A時，電池輸出電流約12 A；總電流從30 A突變到90 A時，電池電流最大值約35A。

電池輸出電流在實驗后期減少1～2 A，但與前期相比變化不大。電池在整個有效工作過程中供電特性變化不大。

在電流從90 A突然減少到30 A時，電池輸出電流約為－30 A，說明電池在此過程中有明顯的電容特性。這一特性是抑制電壓高脈沖的決定性因素。

實驗過程中，電源變換器輸出最大電流為92.33 A；電池輸出電壓最大為68 A（發(fā)動機(jī)啟動前，電池單獨供電時），負(fù)載端電壓最大值31.336 V，電壓最小值24.806 V，電壓變化范圍較小，說明電池在突加負(fù)載時由于電池內(nèi)阻小，具有大電流放電能力[3]，能快速提供大電流，在突減負(fù)載時電池的電容器濾波特性能有效抑制因電調(diào)遲滯和超調(diào)對電壓的影響，聯(lián)合供電系統(tǒng)的電源品質(zhì)明顯高于單獨供電。

4 結(jié)論

相同工作原理的電源和不同工作原理的電源可以同時為一個負(fù)載供電。

兩個以上電源同時為一個負(fù)載供電時，每個電源必須具備單獨為該負(fù)載供電的能力，否則，必須先由具有單獨供電能力的負(fù)載供電然后再將供電能力差的負(fù)載接入，斷電時則相反。

兩個直流電源同時為一個負(fù)載供電時，在兩個電源輸出電壓相同或差別不大的情況下，不會因互相反供電損壞電源。因為直流電源必然有整流電路，從輸出端向電源供電，相當(dāng)于給整流二極管反向加電，只要所加電壓不大于二極管的反向擊穿電壓和濾波電容器的工作電壓，就不會對電源造成損傷。

鋅銀電池在激活前和激活后在電池輸出端施加與電池工作電壓相近的電壓，不會對電池造成破壞。電池在激活前電源輸出端連接在電池極板上，而此時電解液還沒有注入兩極板之間，極板間沒有導(dǎo)電物質(zhì)，處于絕緣狀態(tài)，這時外加電壓對電池沒有影響；當(dāng)電池激活后，由于電池極板間隔膜具有單向?qū)щ娦?，只要外加電壓不擊穿隔膜，就不會對電池造成危害。但是由于電解液注入，電池具有電容特性，在瞬間可以吸收一定的電流，但不能通過反向供電使電池容量增加，不具有充電電池特性。

可以根據(jù)使用需要，適當(dāng)調(diào)整電源輸出電壓的高低來控制哪個電源輸出的電流多一些或少一些。

雙電源供電技術(shù)可以適用于兩個以上電源同時為一個負(fù)載的供電情況，但所用電源是否適合與其它電源一起為同一個負(fù)載供電需具體情況具體分析，不能盲目使用。

[1] 趙應(yīng)春，廖立平，蔣小紅.直流雙電源無縫切換裝置[J].電工技術(shù)，2012(2)：64.

[2] 李國欣.20世紀(jì)上海航天電氣電源技術(shù)的進(jìn)展[J].上海航天，2002(3)：45-46.

[3] 蔡紹偉.防空導(dǎo)彈彈上電池技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].電源技術(shù)，2012(6)：909.